SolidWorks截面草图曲线约束优化技术(一)

2013-07-18 by:广州SolidworksUGCatia培训中心来源:仿真在线

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逆向工程计算机辅助设计(CAD)建模是指通过激光扫描仪等设备对实物原型进行数字化测量,得到反映实物表面的离散点云数据,即实物表面的三维坐标,进而采用基于特征和约束的参数化建模方法来完成CAD模型重建的过程。重建后的CAD模型应当反映实物表面的形状特征。

通常,产品设计一般遵循从二维到三维的原则,而且大多数零件的草图轮廓是由直线、圆弧和样条曲线组成的平面复合曲线,然后经过拉伸、旋转和扫描等操作生成相应的曲面。因此,针对离散点云的逆向工程CAD建模采用以下方法来实现:

1)利用一组平面对离散点云切片处理,得到一系列的截面轮廓点列;

2)采用约束优化拟合得到截面草图曲线集;

3)通过这些截面草图曲线重建拉伸、旋转和扫描等自由曲面特征。

结合正向造型系统中二维草图的参数化设计可知,草图曲线间不是孤立存在的,它们之间包含了各种几何约束关系,如线线平行、线圆相切等。同样,在逆向工程中,截面草图的处理不仅要满足与数据点之间的逼近误差,还要满足相互问的约束要求。

Werghi等人在多张平面和二次曲面同步约束拟合点云数据方面做了深入的研究,建立了将几何约束合并到逆向工程中的总体框架。将约束优化问题转化为无约束优化问题,使用L-M方法优化迭代求解。Benkǒ等人也对逆向工程中的约束拟合问题做了相关的研究,将每个约束独立表达,采用拉格朗日乘子法求解优化问题。考虑到逆向工程建模中可能含有的冗余约束和矛盾约束,进一步给出了能够解决约束之间冲突的数值算法。龚友平等人提出一种新的约束求解方法,首次使用同伦法求解逆向工程中约束条件下的曲面拟合问题,并且通过约束归并处理,缩小待解方程的规模,加快计算速度。

目前,许多正向设计的CAD软件都提供了二次开发的工具和API接口。通过VB、C/C++等编程语言对这些软件进行二次开发,使得在CAD软件已有的造型功能基础上,添加融合逆向设计模块,从而实现正逆向结合的逆向工程CAD模型重建。而SolidWorks软件作为一种功能强大的三维造型软件,具有丰富的二维草图曲线设计、分析与编辑功能,尤其是能够方便地完成曲线的曲率计算和样条曲线的修改、调整等操作。同时,该软件本身也可以在曲线间快速地添加各种约束条件,并进行约束管理,从而避免过约束、欠约束和矛盾约束等情况发生。因此,将SolidWorks软件作为逆向工程中截面草图曲线的约束优化技术的开发和实现平台,可以利用该软件的约束管理功能和草图设计功能,实现基于点云切片数据的截面草图曲线重建。应用该方法有利于提高模型的重建效率,增强逆向工程对产品改型创新的支持能力。

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